JP4099952B2

JP4099952B2 - Ball screw device

Info

Publication number: JP4099952B2
Application number: JP2001056550A
Authority: JP
Inventors: 功雄臼杵; 昌弘井上
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: JP2002257208A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールがばらつかないよう保持するための保持器を、ねじ軸とナット体との間に配置したボール非循環型ボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のボール非循環型ボールねじには、ボールがばらつかないよう保持するための保持器を、ねじ軸とナット体との間に配置した構成とし、ねじ軸とナット体との相対的な移動を、例えばねじ軸に設けたストッパピンに保持器が当たることで規制する構成のものがある。
【０００３】
そして図５に示すように、前記保持器１００は１リード分だけ捻られた螺旋形状をしており、ストッパピン（図示せず）に当たる軸心方向に突出した段付き面１０１を両側に有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のボール非循環型ボールねじでは、保持器１００は１リード分だけ捻られた螺旋形状をしており、ストッパピンに当たる軸心方向に突出した段付き面１０１を幅方向の両側に有しているので、その分だけねじ軸とナット体が相対的に移動できる距離が少なくなってしまう。さらに、保持器１００を螺旋形状に形成するのは技術的に難しかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るボールねじ装置は、ねじ軸の外周面に形成した螺旋溝の溝壁面およびねじ軸に外嵌するナット体の内周面に形成した螺旋溝の溝壁面を軌道面として、複数のボールがねじ軸とナット体との間に転動自在に設けられ、前記ねじ軸とナット体との間に、前記ボールがばらつかないよう保持するための保持器が配置され、ボールが装着されるポケットが保持器本体の周方向に所定間隔置きに螺旋上に形成され、ねじ軸およびナット体が軸心方向に相対移動可能に構成されたボール非循環型のボールねじ装置において、前記ねじ軸の外周面およびナット体の内周面のうち少なくとも一方に、ねじ軸とナット体の軸心方向への相対移動の際に端部のボールの螺旋方向への移動を規制する規制部材が設けられ、前記ボールは軸受鋼で構成され、ただし前記端部のボールのみがセラミックで形成されている。
また、本発明の他のボールねじ装置では、前記端部のボールが他のボールより小径に形成されている。
【０００６】
また、規制部材が、ねじ軸およびナット体の相対移動の際に所定の移動量を確保する位置でねじ軸の外周面上およびナット体の内周面上に配置されている。
【０００７】
さらに、規制部材は、螺旋溝の溝壁面に固定された胴部と、この胴部に対して拡径されて螺旋溝に突出するとともにねじ軸およびナット体の軸心方向への相対移動の際に螺旋方向端部のポケットに保持されたボールに当たる頭部とを有している。
【０００８】
上記構成において、例えばナット体が軸心回りに回転する保持器に保持された複数のボールが螺旋溝に沿って移動することでねじ軸がナット体に対して軸心方向に移動して伸張し、ナット体が逆方向に回転するとねじ軸がナット体に対して反対方向に移動して縮む。
【０００９】
このようにしてナット体とねじ軸とが相対的に移動する際、先行するボール（螺旋方向端部のポケットに保持されたボール）が螺旋溝に取付けた規制部材に当たることによりボールの移動が阻止され、ボールが螺旋溝から離脱してばらけてしまうのを防止する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態のボールねじ装置を車両の無段変速機に用いた全体断面図、図２はボールねじ装置の全体構成を示す断面図、図３はボールねじ装置の要部拡大断面図、図４はボールを保持した状態の保持器の斜視図である。
【００１１】
ここで図１に基づいて、ボールねじ装置（送り装置）９を用いた無段変速機の全体構成を説明する。図例の無段変速機は、径方向に互いに平行に配置された入力軸１と出力軸２とを備え、入力軸１は不図示のエンジン出力に応じた回転数で回転され、出力軸２は不図示の車輪に動力を伝達するもので、乾式の無段変速機である。
【００１２】
前記入力軸１には主動側Ｖ溝プーリ３が、出力軸２には従動側Ｖ溝プーリ４がそれぞれ連結されており、これら両プーリ３，４間には、複合ベルト（以下単に「ベルト」と称す）５が巻き掛けられている。そして操作ユニット６を駆動して各プーリ３，４の幅を変更してベルト５の巻き掛け径を調節することにより、エンジン出力を無段階に変速して出力軸２に伝達する構成になっている。
【００１３】
前記主動側Ｖ溝プーリ３は、入力軸１に固定された固定フランジ３１と、入力軸１に同軸状に配設されてスプライン嵌合された可動フランジ３２とを有し、両フランジ３１，３２は互いの対向面が円錐面になっていて、両対向面間でＶ溝３３が構成されている。
【００１４】
前記従動側Ｖ溝プーリ４は、出力軸２に固定された固定フランジ４１と、出力軸２に同軸状に配設されてスプライン嵌合された可動フランジ４２とを有する。両フランジ４１，４２は互いの対向面が円錐面になっていて、両対向面間でＶ溝４３が構成されている。可動フランジ４２は、図示しないバネ部材で固定フランジ４１に向けて常時付勢されている。
【００１５】
前記操作ユニット６は、主動側Ｖ溝プーリ３の可動フランジ３２を軸心方向にスライドさせることによりプーリ３，４に対するベルト５の巻き掛け径を可変させて無段変速操作を行うものであり、ＤＣモータ７と、変速用アクチュエータ歯車列８と、ボールねじ装置（送り装置）９とを含む。
【００１６】
前記変速用アクチュエータ歯車列８は、モータ７側に設けられる第１歯車８１と、主動側Ｖ溝プーリ３側に設けられる第２歯車８２と、第１歯車８１と第２歯車８２とに噛合する第３歯車８３とを備えている。第２歯車８２は、第３歯車８３に噛合する大径歯車部８４と、この大径歯車部８４から軸心方向に離れた位置に設けられる軸心方向に長い小径歯車部８５とを一体に有している。
【００１７】
前記ボールねじ装置９は、上記変速用アクチュエータ歯車列８の第２歯車８２から与えられる回転動力を軸心方向推進力に変換するボール非循環型のものであり、図２に示すように、後述の固定環（ねじ軸に相当する）９１の外周面に形成した螺旋溝１６ａの溝壁面および固定環９１に外嵌する可動環（ナット体に相当する）９２の内周面に形成した螺旋溝１６ｂの溝壁面を軌道面とすることで、螺旋溝１６ａ，１６ｂとほぼ同径で複数のボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃが固定環９１と可動環９２との間に転動自在に設けられ、前記固定環９１と可動環９２との間に、前記ボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃがばらつかないよう保持するための保持器１７が配置されている。
【００１８】
この保持器１７はボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃが装着されるポケット１７ａ，１７ｂ，１７ｃが保持器本体１７ｄの周方向に所定間隔置きに並べて形成され、固定環９１および可動環９２は軸心方向に相対移動可能（この場合固定環９１に対して可動環９２軸心方向に移動可能）に構成されている。
【００１９】
そして図４に示すように、前記保持器１７は単純な円筒形に形成され、ポケット１７ａ，１７ｂ，１７ｃどうしは１リード分だけの螺旋上に配置されている。
【００２０】
図２および図３に示すように、前記固定環９１の外周面および可動環９２の内周面に、可動環９２が軸心方向への移動する際に端部のポケット１７ａ，１７ｃに装着したボール１５ｃの螺旋方向への移動を規制するストッパ（規制部材に相当）９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂが配置され、これらそれぞれのストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂは、胴部９８が固定環９１の外周面および可動環９２の内周面に植設され、胴部９８に対して拡径されるとともに前記ボール１５ｃが当たる頭部９９が、螺旋溝１６ａおよび螺旋溝１６ｂに突出している（可動環９２に設けた分は図示省略）。
【００２１】
なおこれらストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂの位置は、ボールねじ装置９においてエンジン出力を必要な範囲で無段階に変速可能な位置に配置され、前記ボール保持器１７は、固定環９１の螺旋溝１６ａに取り付けられるストッパ９６ａ，９６ｂと、可動環９２の螺旋溝１６ａに取り付けられるストッパ９７ａ，９７ｂとにより、軸心両方向への所定の移動量になるよう規制されている。
【００２２】
前記固定環９１は、大径部９１ａと小径部９１ｂとを有し、図１に示すように、その大径部９１ａが入力軸１とハウジング１０との間に転がり軸受１１を介して取り付けられることで主動側Ｖ溝プーリ３と同軸状に固定配設され、小径部９１ｂが軸心方向に延長されてその外周面に前記螺旋溝１６ａが形成されている。
【００２３】
前記可動環９２は、主動側Ｖ溝プーリ３における可動フランジ３２の胴部の外周面に転がり軸受１２を介して取り付けられており、可動環９２の外周部の軸心方向端部に歯車部（インボリュート平歯車）９５が形成されている。
【００２４】
またこの可動環９２の側面は、前記可動フランジ３２の側面に当接されており、前記転がり軸受１２によって可動環９２と可動フランジ３２とはともに同一の軸心方向に移動可能に構成されている。
【００２５】
前記歯車部９５は、前記第２歯車８２の小径歯車部８５と噛合して回転動力が付与されるようになっている。この歯車部９５は、可動環９２の外周に形成される径方向外向きの環状凸部９２ｂに対して樹脂を射出成型することで一体的に形成されている。
【００２６】
なお、環状凸部９２ｂの外周面にはスプライン（またはセレーション）が形成されており、このスプラインの凹凸に対して樹脂材からなる歯車部９５の一部が食い込むことで回り止めされている。
【００２７】
上記構成において、図示しないエンジンの駆動が入力軸１に伝達されて入力軸１および主動側Ｖ溝プーリ３が軸心回りに回転し、この回転駆動力がベルト５を介して従動側Ｖ溝プーリ４に伝達され、従動側Ｖ溝プーリ４および出力軸２が軸心回りに回転して車輪が回転し、車両が走行する。
【００２８】
ところで無段変速機において無段変速操作を行う場合、必要に応じて主動側Ｖ溝プーリ３の固定フランジ３１に対する可動フランジ３２の離間幅を調節してベルト５の巻き掛け径を変更することにより行う。
【００２９】
ここで、この無段変速の際の動作を説明する。ＤＣモータ７を駆動すると、その回転動力が変速用アクチュエータ歯車列８に伝達されてこれが軸心回りに回転し、その回転動力がボールねじ装置９の可動環９２に伝達されてこれが軸心回りに回転する。
【００３０】
そしてボールねじ装置９において、可動環９２が例えば図２の状態で軸心回りに半時計方向に回転すると、可動環９２が固定環９１に対し図面右方向に移動して全体が伸張し、これに伴なって可動フランジ３２が固定フランジ３１に接近するよう軸心方向に沿って移動し、ベルト５が可動フランジ３２および固定フランジ３１の斜面に沿ってせり上がってベルト５の巻き掛け径が大きくなり、出力軸２の回転数（車輪）の回転数が増加する。
【００３１】
反対に、可動環９２が時計方向に回転すると、可動環９２が固定環９１に対し図面左方向に移動してボールねじ装置９全体が縮み、これに伴なって可動フランジ３２が固定フランジ３１から離れるよう軸心方向に沿って移動し、ベルト５が可動フランジ３２および固定フランジ３１の斜面に沿って下がり、ベルト５の巻き掛け径が小さくなり、出力軸２の回転数が減少する。
【００３２】
図２の実線で示した状態は、ボールねじ装置９全体が縮んだ姿勢を示し、従って出力軸２の回転数が小さい状態にある。そしてこの状態では、螺旋方向側端部のポケット１７ａに保持されたボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃのうちボール１５ｃはストッパ９７ａによって螺旋方向の移動を規制されている。別の端部のポケット１７ｃに保持されたボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃのうちボール１５ｃはストッパ９６ａによって螺旋方向の移動を規制されている。
【００３３】
ここで図２に基づいて、出力軸２の回転数を増大させる場合の動作を、ボールねじ装置９の動作を中心に説明する。
【００３４】
すなわち、可動環９２が例えば図２の状態で軸心回りに半時計方向に回転することで可動フランジ３２が固定フランジ３１に接近するよう軸心方向に沿って移動し、ベルト５が可動フランジ３２および固定フランジ３１の斜面に沿ってせり上がり、ベルト５の巻き掛け径が大きくなり、出力軸２（車輪）の回転数が増加するもので、可動環９２が回転して図の右方向へ移動すると、ボール１５ｃがストッパ９７ａから離れ、各ポケット１７ａ，１７ｂ，１７ｃに保持された各ボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃが螺旋溝１６ａおよび螺旋溝１６ｂに沿って転動しながら右方向へ移動する。
【００３５】
そして、螺旋方向側端部のポケット１７ｃにおけるボール１５ｃがストッパ９７ｂに当たり、ストッパ９６ｂがポケット１７ａに保持されたボール１５ｃに当たると、ボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃの螺旋溝１６ａおよび螺旋溝１６ｂに沿っての移動が規制され、それ以上移動しなくなる。このとき可動環９２は、例えば図の仮想線で示す位置に至っている。
【００３６】
ところで再び出力軸２の回転数を減少させる場合は、可動環９２が図２の仮想線状態で軸心回りに半時計方向に回転することで可動フランジ３２が固定フランジ３１に離間するよう軸心方向に沿って移動し、ベルト５が可動フランジ３２および固定フランジ３１の斜面に沿って下がり、ベルト５の巻き掛け径が小さくなって出力軸２の回転数が減少するもので、可動環９２が回転して図の左方向へ移動するとき、ポケット１７ｃに保持されたボール１５ｃがストッパ９７ｂから離れ、各１５ａ，１５ｂ，１５ｃが螺旋溝１６ａおよび螺旋溝１６ｂに沿って転動しながら左方向へ移動する。
【００３７】
そして、螺旋方向側端部のポケット１７ａにおけるボール１５ｃがストッパ９７ａに当たると、ボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃの螺旋溝１６ａおよび螺旋溝１６ｂに沿っての移動が規制され、それ以上移動しない。なお場合によっては可動環９２を回転し続けることにより可動環９２はさらに左方へ移動し、このとき各１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、螺旋溝１６ａ，１６ｂ内で自転のみし、可動環９２は図の実線で示す位置に至るものである。
【００３８】
そしてこれらストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂは、従来のように保持器１７が当接するものではなく、螺旋溝１６ａ，１６ｂに植設されて端部のポケット１７ａ，１７ｃに保持されたボール１５ｃが当たることでボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃが螺旋溝１６ａ，１６ｂに沿って移動するのを防止するので、ボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃが脱落してばらけるのを確実に防止できる。
【００３９】
また保持器１７をストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂに当てて端部のボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃの移動を規制するものではないので、従来のように保持器１７を螺旋形状に形成して軸心方向に突出した段付き面を幅方向の両側に形成する必要はなく、単純な円筒状に形成すればよく、従ってその形成が容易であり、また段付き面が不要になる分だけ省スペース化を図ることができ、これによって限られたスペースの中で、可動環９２の移動量を最大限になし得、上記のように無段変速機に用いることにより、無段変速の範囲を広げることができる。
【００４０】
また、上記実施形態におけるボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃを軸受鋼で製作し、ストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂに浸炭焼入れを施す場合、端部のボール１５ｃがストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂに圧接した際に圧痕が発生し易く、このように圧痕が生じたままの端部のボール１５ｃが螺旋溝１６ａ，１６ｂの溝壁面を転動すると、溝壁面の摩耗が促進され易くなるが、端部のボール１５ｃをセラミックで形成したことにより、ストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂに浸炭焼入れを施した場合であってもセラミックの方が硬度が高いので、ボール１５ｃに圧痕が生じるのを防止して、溝壁面の摩耗を抑えることができる。
【００４１】
そしてこの実施形態のように、端部のボール１５ｃをセラミックで形成したことによりボール１５ｃに圧痕が生じるのを防止するので、螺旋溝１６ａ，１６ｂとほぼ同一の径のボール１５ｃを用いることができ、従来発生していたボール１５ｃがストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂと螺旋溝１６ａ，１６ｂの間に噛込むといった現象を回避でき、固定環９１に対する可動環９２の移動を円滑に行い得る。
【００４２】
さらに、端部のボール１５ｃの径をボール１５ｂの径に対して、例えば１５〜１００μm程度小さく形成した場合、ボール１５ｃがストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂに圧接した際に、仮に圧痕が発生しても、ボール１５ｃは溝壁面に対して転がり運動となりにくく滑り運動となり易いため、圧痕による変形部分で溝壁面が損傷するのを防止することができる。
【００４３】
また、上記のような乾式の無段変速機では内部が無潤滑になっており、特に、モータ７から主動側Ｖ溝プーリ３の可動フランジ３２までの動力伝達経路に配設される第２歯車８２と可動環９２の歯車部９５とが摩耗しやすいので、前記第２歯車８２を金属製歯車とし、また歯車部９５を樹脂製歯車とすることで、無潤滑で潤滑条件が厳しくても、第２歯車８２および可動環９２の歯車部９５の耐摩耗性、相手攻撃性が改善されることになり、寿命向上に大きく貢献できるとともに、メインテナンスフリーが可能となる。
【００４４】
なお上記実施形態では、固定環９１の外周面および固定環９１に外嵌する可動環９２の内周面に形成した螺旋溝１６ａ，１６ｂの双方にストッパ９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂを設けたがこれに限定されるものではなく、これらを固定環９１の外周面または可動環９２の内周面の何れか一方に設けるようにして、ボール１５ａ，１５ｂ，１５ｃがばらけるのを防止するよう構成してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明は、ねじ軸の外周面およびナット体の内周面に形成した螺旋溝の溝壁面を軌道面として複数のボールをねじ軸とナット体との間に転動自在に設け、ボールはばらつかないよう保持器で保持して、ねじ軸およびナット体を軸心方向に相対移動可能に構成し、ねじ軸の外周面およびナット体の内周面のうちの少なくとも一方に、ねじ軸とナット体の軸心方向への相対移動の際に端部のボールの螺旋方向への移動を規制する規制部材を設けたので、ナット体とねじ軸とが相対的に移動する際、端部のボールが螺旋溝に取付けた規制部材に当たることによりボールの移動が阻止され、ボールが螺旋溝から離脱してばらけてしまうのを防止できる。
【００４６】
また保持器を規制部材に当てて端部のボールの移動を規制するものではないので、従来のように保持器を螺旋形状に形成して軸心方向に突出した段付き面を幅方向の両側に形成することなく単純な円筒状に形成すればよく、従ってその形成が容易であり、また段付き面が不要になる分だけ省スペース化を図り得、これによって限られたスペースの中で装置全体の軸心方向への移動量を最大限に確保することができる。
さらに、ボールは軸受鋼で構成されただし前記端部のボールのみセラミックで形成し、あるいは端部のボールを他のボールより小径に形成することで、該ボールが規制部材に圧接した際に圧痕が生じて、その圧痕により溝壁面が損傷、摩耗するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のボールねじ装置を車両の無段変速機に用いた全体断面図である。
【図２】同じくボールねじ装置の全体構成を示す断面図である。
【図３】同じくボールねじ装置の要部拡大断面図である。
【図４】同じくボールを保持した状態の保持器の斜視図である。
【図５】従来のボールねじ装置の保持器でボールを保持した状態の斜視図である。
【符号の説明】
１入力軸
２出力軸
３主動側Ｖ溝プーリ
４従動側Ｖ溝プーリ
５ベルト
９ボールねじ装置
１５ａボール
１５ｃボール
１６ａ螺旋溝
１６ｂ螺旋溝
１７保持器
１７ａポケット
１７ｃポケット
３１固定フランジ
３２可動フランジ
９１固定環
９２可動環
９６ａストッパ
９７ａストッパ
９６ｂストッパ
９７ｂストッパ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ball non-circulating ball screw in which a cage for holding a ball so as not to vary is disposed between a screw shaft and a nut body.
[0002]
[Prior art]
The conventional ball non-circulating ball screw has a structure in which a cage is held between the screw shaft and the nut body to keep the ball from falling, and the relative movement between the screw shaft and the nut body For example, there is a configuration in which the cage is regulated by hitting a retainer against a stopper pin provided on a screw shaft.
[0003]
As shown in FIG. 5, the cage 100 has a spiral shape twisted by one lead, and has stepped surfaces 101 projecting in the axial direction that hit a stopper pin (not shown) on both sides. ing.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional ball non-circulating ball screw, the cage 100 has a spiral shape twisted by one lead, and the stepped surfaces 101 projecting in the axial direction that hit the stopper pin are formed on both sides in the width direction. Therefore, the distance that the screw shaft and the nut body can move relative to each other is reduced accordingly. Furthermore, it has been technically difficult to form the cage 100 in a spiral shape.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The ball screw device according to claim 1 of the present invention includes a groove wall surface of a spiral groove formed on the outer peripheral surface of the screw shaft and a groove wall surface of the spiral groove formed on the inner peripheral surface of the nut body fitted on the screw shaft. A plurality of balls are provided between the screw shaft and the nut body so as to be freely rollable, and a retainer is disposed between the screw shaft and the nut body so that the balls do not vary, In a ball non-circulation type ball screw device in which pockets on which balls are mounted are formed spirally at predetermined intervals in the circumferential direction of the cage body, and the screw shaft and the nut body are configured to be relatively movable in the axial direction. A restriction that restricts the movement of the end ball in the spiral direction when the screw shaft and the nut body are relatively moved in the axial direction on at least one of the outer circumferential surface of the screw shaft and the inner circumferential surface of the nut body. member is provided, said ball bearing steel Configured, but only ball of said end portion is formed of a ceramic.
In another ball screw device of the present invention, the ball at the end is formed to have a smaller diameter than the other balls.
[0006]
In addition, the restricting member is disposed on the outer peripheral surface of the screw shaft and the inner peripheral surface of the nut body at a position that secures a predetermined movement amount when the screw shaft and the nut body move relative to each other.
[0007]
Further, the restricting member includes a body portion fixed to the groove wall surface of the spiral groove, the diameter of the body portion being increased and protruding into the spiral groove, and at the time of relative movement in the axial direction of the screw shaft and the nut body. And a head that hits a ball held in the pocket at the end in the spiral direction.
[0008]
In the above configuration, for example, a plurality of balls held by a cage in which the nut body rotates about the axis moves along the spiral groove, so that the screw shaft moves in the axial direction with respect to the nut body and extends. When the nut body rotates in the reverse direction, the screw shaft moves in the opposite direction to the nut body and contracts.
[0009]
When the nut body and the screw shaft move relative to each other in this way, the preceding ball (ball held in the pocket at the end in the spiral direction) hits the regulating member attached to the spiral groove to prevent the movement of the ball. This prevents the ball from being separated from the spiral groove.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is an overall cross-sectional view of a ball screw device according to an embodiment of the present invention used in a continuously variable transmission of a vehicle, FIG. 2 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the ball screw device, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view, and FIG. 4 is a perspective view of the cage holding the ball.
[0011]
Here, based on FIG. 1, the whole structure of the continuously variable transmission using the ball screw device (feed device) 9 will be described. The continuously variable transmission of the illustrated example includes an input shaft 1 and an output shaft 2 that are arranged in parallel to each other in the radial direction, and the input shaft 1 is rotated at a rotational speed corresponding to an engine output (not shown). Is a dry type continuously variable transmission that transmits power to wheels (not shown).
[0012]
A driving side V-groove pulley 3 is connected to the input shaft 1, and a driven side V-groove pulley 4 is connected to the output shaft 2. A composite belt (hereinafter simply referred to as “belt”) is connected between these pulleys 3 and 4. 5) is wound around. The operation unit 6 is driven to change the width of the pulleys 3 and 4 to adjust the winding diameter of the belt 5, thereby changing the engine output steplessly and transmitting it to the output shaft 2. Yes.
[0013]
The main drive side V-groove pulley 3 has a fixed flange 31 fixed to the input shaft 1 and a movable flange 32 that is coaxially disposed on the input shaft 1 and is spline-fitted. The confronting surfaces of each are conical surfaces, and a V-groove 33 is formed between the facing surfaces.
[0014]
The driven-side V-groove pulley 4 has a fixed flange 41 fixed to the output shaft 2 and a movable flange 42 that is coaxially disposed on the output shaft 2 and is spline-fitted. The both flanges 41 and 42 have conical surfaces facing each other, and a V-groove 43 is formed between the both facing surfaces. The movable flange 42 is always urged toward the fixed flange 41 by a spring member (not shown).
[0015]
The operation unit 6 performs a continuously variable transmission operation by varying the winding diameter of the belt 5 around the pulleys 3 and 4 by sliding the movable flange 32 of the main drive side V-groove pulley 3 in the axial direction. A DC motor 7, a shift actuator gear train 8, and a ball screw device (feed device) 9 are included.
[0016]
The transmission actuator gear train 8 meshes with a first gear 81 provided on the motor 7 side, a second gear 82 provided on the main drive side V-groove pulley 3 side, and the first gear 81 and the second gear 82. And a third gear 83. The second gear 82 integrally includes a large-diameter gear portion 84 that meshes with the third gear 83 and a small-diameter gear portion 85 that is long in the axial direction and is provided at a position away from the large-diameter gear portion 84 in the axial direction. Have.
[0017]
The ball screw device 9 is of a ball non-circulation type that converts rotational power applied from the second gear 82 of the gear shift actuator gear train 8 into axial propulsive force, as shown in FIG. Spiral groove formed on the outer peripheral surface of the fixed ring (corresponding to the screw shaft) 91 and the inner peripheral surface of the movable ring (corresponding to the nut body) 92 fitted around the fixed ring 91. By using the groove wall surface of 16b as a raceway surface, a plurality of balls 15a, 15b, 15c having substantially the same diameter as the spiral grooves 16a, 16b are provided between the fixed ring 91 and the movable ring 92 so as to be freely rollable. Between the fixed ring 91 and the movable ring 92, a cage 17 is arranged to hold the balls 15a, 15b, 15c so as not to vary.
[0018]
The cage 17 is formed with pockets 17a, 17b, and 17c in which balls 15a, 15b, and 15c are mounted, arranged at predetermined intervals in the circumferential direction of the cage body 17d, and the fixed ring 91 and the movable ring 92 are arranged in the axial direction. It is configured to be relatively movable (in this case, movable in the axial direction of the movable ring 92 with respect to the fixed ring 91).
[0019]
As shown in FIG. 4, the cage 17 is formed in a simple cylindrical shape, and the pockets 17a, 17b, and 17c are arranged on a spiral for only one lead.
[0020]
As shown in FIGS. 2 and 3, on the outer peripheral surface of the fixed ring 91 and the inner peripheral surface of the movable ring 92, when the movable ring 92 moves in the axial direction, the pockets 17a and 17c at the ends are mounted. Stoppers (corresponding to restricting members) 96a, 96b, 97a, 97b for restricting the movement of the ball 15c in the spiral direction are disposed. The stoppers 96a, 96b, 97a, 97b are each provided with a body portion 98 of the stationary ring 91. A head 99 which is implanted on the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the movable ring 92 and is expanded in diameter with respect to the body portion 98 and hits the ball 15c protrudes into the spiral groove 16a and the spiral groove 16b (movable ring). The portion provided in 92 is not shown).
[0021]
The positions of these stoppers 96a, 96b, 97a, 97b are arranged at positions where the engine output can be steplessly changed within a necessary range in the ball screw device 9, and the ball holder 17 is a spiral groove of the fixed ring 91. The stoppers 96a and 96b attached to 16a and the stoppers 97a and 97b attached to the spiral groove 16a of the movable ring 92 are regulated to have a predetermined amount of movement in both axial directions.
[0022]
The fixed ring 91 has a large-diameter portion 91a and a small-diameter portion 91b, and the large-diameter portion 91a is attached between the input shaft 1 and the housing 10 via a rolling bearing 11 as shown in FIG. Thus, it is fixedly arranged coaxially with the main drive side V-groove pulley 3, the small diameter portion 91b is extended in the axial direction, and the spiral groove 16a is formed on the outer peripheral surface thereof.
[0023]
The movable ring 92 is attached to the outer peripheral surface of the body portion of the movable flange 32 in the main drive side V-groove pulley 3 via the rolling bearing 12, and a gear portion ( An involute spur gear) 95 is formed.
[0024]
The side surface of the movable ring 92 is in contact with the side surface of the movable flange 32, and both the movable ring 92 and the movable flange 32 are configured to be movable in the same axial direction by the rolling bearing 12. .
[0025]
The gear portion 95 is meshed with the small-diameter gear portion 85 of the second gear 82 so that rotational power is applied. The gear portion 95 is integrally formed by injection molding a resin on a radially outward annular convex portion 92 b formed on the outer periphery of the movable ring 92.
[0026]
A spline (or serration) is formed on the outer peripheral surface of the annular convex portion 92b, and a part of the gear portion 95 made of a resin material bites into the unevenness of the spline to prevent rotation.
[0027]
In the above-described configuration, the driving of the engine (not shown) is transmitted to the input shaft 1 so that the input shaft 1 and the driving side V-groove pulley 3 rotate around the axis, and this rotational driving force is driven via the belt 5 to the driven side V-groove pulley. 4, the driven-side V-groove pulley 4 and the output shaft 2 rotate around the axis, the wheels rotate, and the vehicle travels.
[0028]
By the way, when continuously variable transmission operation is performed in a continuously variable transmission, by adjusting the separation width of the movable flange 32 with respect to the fixed flange 31 of the main drive side V-groove pulley 3 as necessary, the winding diameter of the belt 5 is changed. Do.
[0029]
Here, the operation at the time of the continuously variable transmission will be described. When the DC motor 7 is driven, the rotational power is transmitted to the speed change actuator gear train 8 and rotated about the axis, and the rotational power is transmitted to the movable ring 92 of the ball screw device 9 and this is rotated about the axis. Rotate.
[0030]
In the ball screw device 9, when the movable ring 92 rotates counterclockwise around the axis in the state of FIG. 2, for example, the movable ring 92 moves to the right in the drawing with respect to the fixed ring 91, and the whole expands. Accordingly, the movable flange 32 moves along the axial direction so as to approach the fixed flange 31, and the belt 5 rises along the inclined surfaces of the movable flange 32 and the fixed flange 31, so that the belt 5 has a large winding diameter. Thus, the rotational speed of the output shaft 2 (wheels) increases.
[0031]
On the contrary, when the movable ring 92 rotates in the clockwise direction, the movable ring 92 moves to the left in the drawing with respect to the fixed ring 91 and the entire ball screw device 9 contracts, and accordingly, the movable flange 32 moves from the fixed flange 31. The belt 5 is moved along the axial direction so as to be separated, and the belt 5 is lowered along the inclined surfaces of the movable flange 32 and the fixed flange 31, the winding diameter of the belt 5 is reduced, and the rotation speed of the output shaft 2 is reduced.
[0032]
The state shown by the solid line in FIG. 2 shows a posture in which the entire ball screw device 9 is contracted, and therefore the rotational speed of the output shaft 2 is small. In this state, of the balls 15a, 15b, and 15c held in the pocket 17a at the end in the spiral direction, the ball 15c is restricted from moving in the spiral direction by the stopper 97a. Of the balls 15a, 15b and 15c held in the pocket 17c at the other end, the movement of the ball 15c in the spiral direction is restricted by the stopper 96a.
[0033]
Here, based on FIG. 2, the operation for increasing the rotational speed of the output shaft 2 will be described focusing on the operation of the ball screw device 9.
[0034]
That is, the movable ring 92 rotates in the counterclockwise direction around the axis in the state of FIG. 2, for example, so that the movable flange 32 moves along the axial direction so as to approach the fixed flange 31, and the belt 5 moves. The belt 5 rises along the slope of the fixed flange 31, the winding diameter of the belt 5 increases, and the rotational speed of the output shaft 2 (wheel) increases. The movable ring 92 rotates and moves to the right in the figure. Then, the ball 15c moves away from the stopper 97a, and the balls 15a, 15b, 15c held in the pockets 17a, 17b, 17c move to the right while rolling along the spiral groove 16a and the spiral groove 16b.
[0035]
Then, when the ball 15c in the pocket 17c at the end in the spiral direction hits the stopper 97b and the stopper 96b hits the ball 15c held in the pocket 17a, the balls 15a, 15b, 15c along the spiral grooves 16a and 16b Movement is restricted and no longer moves. At this time, the movable ring 92 reaches, for example, a position indicated by a virtual line in the figure.
[0036]
When the rotational speed of the output shaft 2 is decreased again, the movable ring 92 rotates counterclockwise around the axis in the phantom line state of FIG. 2 so that the movable flange 32 is separated from the fixed flange 31. The belt 5 is moved along the direction, the belt 5 is lowered along the slopes of the movable flange 32 and the fixed flange 31, the winding diameter of the belt 5 is reduced, and the rotational speed of the output shaft 2 is reduced. When rotating and moving to the left in the figure, the ball 15c held in the pocket 17c moves away from the stopper 97b, and each of the balls 15a, 15b, 15c rolls along the spiral groove 16a and the spiral groove 16b to the left. Moving.
[0037]
When the ball 15c in the pocket 17a at the spiral side end hits the stopper 97a, the movement of the balls 15a, 15b, 15c along the spiral groove 16a and the spiral groove 16b is restricted and does not move any further. In some cases, by continuing to rotate the movable ring 92, the movable ring 92 further moves to the left. At this time, each of the 15a, 15b, and 15c only rotates within the spiral grooves 16a and 16b. To the position indicated by the solid line.
[0038]
These stoppers 96a, 96b, 97a, 97b are not intended to contact the retainer 17 as in the prior art. Instead of the balls 15c implanted in the spiral grooves 16a, 16b and held in the pockets 17a, 17c at the ends. By hitting, the balls 15a, 15b, 15c are prevented from moving along the spiral grooves 16a, 16b, so that it is possible to reliably prevent the balls 15a, 15b, 15c from falling off and being scattered.
[0039]
Further, since the retainer 17 is not applied to the stoppers 96a, 96b, 97a, 97b to restrict the movement of the balls 15a, 15b, 15c at the end, the retainer 17 is formed in a spiral shape as in the prior art. It is not necessary to form the stepped surfaces protruding in the center direction on both sides in the width direction, it is only necessary to form a simple cylindrical shape. Therefore, it is easy to form, and space is saved to the extent that the stepped surface is unnecessary. Thus, the amount of movement of the movable ring 92 can be maximized in a limited space, and the range of the continuously variable transmission is widened by using the continuously variable transmission as described above. be able to.
[0040]
When the balls 15a, 15b, 15c in the above embodiment are made of bearing steel and the stoppers 96a, 96b, 97a, 97b are carburized and quenched, the end balls 15c are pressed against the stoppers 96a, 96b, 97a, 97b. When the ball 15c at the end portion where the indentation is generated as described above rolls on the groove wall surface of the spiral grooves 16a and 16b, wear of the groove wall surface is easily promoted. The ball 15c is formed of ceramic, so that even when the stoppers 96a, 96b, 97a, and 97b are carburized and quenched, the ceramic has higher hardness, so that indentation is prevented from occurring on the ball 15c. The wear of the groove wall surface can be suppressed.
[0041]
Since the end ball 15c is formed of ceramic as in this embodiment, the ball 15c is prevented from being indented. Therefore, the ball 15c having substantially the same diameter as the spiral grooves 16a and 16b can be used. Thus, it is possible to avoid the phenomenon that the conventionally generated ball 15c is caught between the stoppers 96a, 96b, 97a, 97b and the spiral grooves 16a, 16b, and the movable ring 92 can be moved smoothly with respect to the fixed ring 91.
[0042]
Further, when the diameter of the ball 15c at the end is formed to be, for example, about 15 to 100 μm smaller than the diameter of the ball 15b, when the ball 15c is pressed against the stoppers 96a, 96b, 97a, 97b, an indentation is temporarily generated. However, since the ball 15c does not easily roll and slide with respect to the groove wall surface, the groove wall surface can be prevented from being damaged at the deformed portion due to the indentation.
[0043]
Further, in the dry type continuously variable transmission as described above, the inside is unlubricated, and in particular, the second gear disposed in the power transmission path from the motor 7 to the movable flange 32 of the main drive side V-groove pulley 3. 82 and the gear portion 95 of the movable ring 92 are likely to wear, so that the second gear 82 is made of a metal gear and the gear portion 95 is made of a resin gear. The wear resistance and opponent attack of the second gear 82 and the gear portion 95 of the movable ring 92 are improved, which can greatly contribute to the improvement of the service life and maintenance-free.
[0044]
In the above embodiment, the stoppers 96a, 96b, 97a, 97b are provided in both the outer peripheral surface of the fixed ring 91 and the spiral grooves 16a, 16b formed on the inner peripheral surface of the movable ring 92 fitted around the fixed ring 91. The present invention is not limited to this, and these are provided on either the outer peripheral surface of the fixed ring 91 or the inner peripheral surface of the movable ring 92 to prevent the balls 15a, 15b, and 15c from being scattered. May be.
[0045]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the present invention is configured to transfer a plurality of balls between the screw shaft and the nut body by using the groove wall surface of the spiral groove formed on the outer peripheral surface of the screw shaft and the inner peripheral surface of the nut body as a raceway surface. The ball is held by a cage so that it does not vary, and the screw shaft and nut body can be moved relative to each other in the axial direction. Of the outer peripheral surface of the screw shaft and the inner peripheral surface of the nut body, At least one is provided with a restricting member that restricts the movement of the end ball in the spiral direction when the screw shaft and the nut body are moved relative to each other in the axial direction. At the time of movement, the ball at the end portion hits the restricting member attached to the spiral groove, so that the movement of the ball is prevented, and the ball can be prevented from being separated from the spiral groove and scattered.
[0046]
Also, since the cage is not applied to the regulating member to regulate the movement of the ball at the end, the stepped surfaces protruding in the axial direction are formed in the spiral shape as in the conventional case, and the stepped surfaces are formed on both sides in the width direction. Therefore, it can be formed in a simple cylindrical shape without being formed on the surface. Therefore, the formation is easy, and the space can be saved by the amount that the stepped surface is not required. The amount of movement in the entire axial direction can be secured to the maximum.
Further, the ball is made of bearing steel, but only the ball at the end is formed of ceramic , or the ball at the end is formed to have a smaller diameter than the other balls, so that an indentation is generated when the ball is pressed against the regulating member. It is possible to prevent the groove wall surface from being damaged or worn by the indentation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall cross-sectional view in which a ball screw device according to an embodiment of the present invention is used in a continuously variable transmission of a vehicle.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the ball screw device.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the ball screw device.
FIG. 4 is a perspective view of the cage in a state where the ball is similarly held.
FIG. 5 is a perspective view showing a state in which a ball is held by a cage of a conventional ball screw device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input shaft 2 Output shaft 3 Drive side V groove pulley 4 Drive side V groove pulley 5 Belt 9 Ball screw device 15a Ball 15c Ball 16a Spiral groove 16b Spiral groove 17 Cage 17a Pocket 17c Pocket 31 Fixed flange 32 Movable flange 91 Fixed ring 92 Movable ring 96a Stopper 97a Stopper 96b Stopper 97b Stopper

Claims

With the groove wall surface of the spiral groove formed on the outer peripheral surface of the screw shaft and the groove wall surface of the spiral groove formed on the inner peripheral surface of the nut body fitted on the screw shaft as a raceway surface, a plurality of balls are connected between the screw shaft and the nut body. A cage is provided between the screw shaft and the nut body so that the ball does not vary, and a pocket in which the ball is mounted is a circumferential direction of the cage body. In a non-circular ball screw device in which the screw shaft and the nut body are configured to be relatively movable in the axial direction.
A restricting member that restricts movement of the ball in the spiral direction of the ball at the time of relative movement of the screw shaft and the nut body in the axial direction on at least one of the outer peripheral surface of the screw shaft and the inner peripheral surface of the nut body The ball is made of bearing steel, but only the end ball is made of ceramic,
A ball screw device characterized by that.

With the groove wall surface of the spiral groove formed on the outer peripheral surface of the screw shaft and the groove wall surface of the spiral groove formed on the inner peripheral surface of the nut body fitted on the screw shaft as a raceway surface, a plurality of balls are connected between the screw shaft and the nut body. A cage is provided between the screw shaft and the nut body so that the ball does not vary, and a pocket in which the ball is mounted is a circumferential direction of the cage body. In a non-circular ball screw device in which the screw shaft and the nut body are configured to be relatively movable in the axial direction.
A restricting member that restricts movement of the ball in the spiral direction of the ball at the time of relative movement of the screw shaft and the nut body in the axial direction on at least one of the outer peripheral surface of the screw shaft and the inner peripheral surface of the nut body Provided, and the ball at the end is formed to have a smaller diameter than the other balls,
A ball screw device characterized by that.

The restriction member is disposed on the outer peripheral surface of the screw shaft and on the inner peripheral surface of the nut body at a position that secures a predetermined movement amount when the screw shaft and the nut body move relative to each other. Or the ball screw apparatus of 2.

The restricting member includes a body portion fixed to the groove wall surface of the spiral groove, and the diameter of the body portion is increased with respect to the body portion and protrudes into the spiral groove. The ball screw device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a head that hits a ball held in a pocket at a direction end.